多孔氮化硼三維構造體的可控制備及其儲氫性能的研究

《多孔氮化硼三維構造體的可控制備及其儲氫性能的研究》是依託南京大學，由王學斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多孔氮化硼三維構造體的可控制備及其儲氫性能的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王學斌
• 依託單位：南京大學

項目摘要

氫是一種高效的清潔能源，溫和條件下儲氫密度低是氫能發展的瓶頸之一，高容量、快速吸附、穩定易再生是吸附儲氫材料的發展目標。多孔氮化硼的氫氣結合能高，有望成為高性能儲氫材料。模板法製備的多孔氮化硼的比表面積均低於1000 m2/g；申請人在2011-2015年發展了發泡法、氰胺類-硼酸法2種非模板法，分別實現了大孔性發泡體、富含微孔的多孔微米帶，後者比表面積首次突破了1000 m2/g。但所有這些多孔氮化硼尚未達到2000 m2/g，遠滯後於多孔碳。針對這一難題，依靠在氮化硼納米片、多孔氮化硼、石墨烯領域的多年基礎，申請人設計一種基於碳-硼氮相分離的微孔製造工程、基於三維設計的介孔工程，以構建一種新型多孔氮化硼——高比表面積的多孔氮化硼三維構造體，並研究其孔隙調控、吸附物理化學。利用其高比表面積、高氫氣結合能、三維貫穿的孔結構等優勢，可以在較低的循環溫度壓力下，實現快速吸附、高容量的氫氣儲存。

結題摘要

氫能是一種清潔能源，但氫氣儲存容量較低是氫能發展的瓶頸之一。本課題致力於設計合成高比表面積多孔網路結構的氮化硼材料，並將多孔氮化硼用於吸附儲氫，以實現高容量的氫氣儲存。本項目首先發展了三種製備方法，合成了三種多孔氮化硼材料。提出了基於“硼酸/硼砂—氰胺”體系的熱裂解製備工藝，包括硼砂氰胺法、氰胺醛縮聚法、硼酸氰胺法。基於這些方法，探索並最佳化了若干製備工藝參數，包括投料比例和反應溫度等，調控了多孔氮化硼的孔結構和形貌，最終獲得了具有高比表面積和發達孔結構的多孔氮化硼材料，其比表面積高達1410 m2/g。本項目進一步研究了三種多孔氮化硼材料的氣體吸附和染料吸附特性，指出了其吸附相關套用，例如儲氫和吸附淨水。本項目最後將多孔氮化硼材料用於儲氫，分析了比表面積對儲氫性能的影響。其中，利用氰胺醛縮聚法製備的多孔氮化硼，在77 K、9 MPa的條件下，儲氫容量達到5.3 wt%，這處於氮化硼儲氫領域的先進水平。